Pulse EP13 Plus优化变压器平台的开发与性能介绍

有各种各样的电子应用，包括以太网供电，数据通信，电信和工业，可在12 V，24 V或48 V输入下工作，需要隔离开关模式电源解决方案来转换可用输入电压到稳定的输出电压和电流。对于低于60 W的功率水平，最常用的电源开关拓扑是连续模式反激拓扑和有源复位正向拓扑。目前，在功率效率，电路板面积和成本方面，这些应用的领先变压器平台是事实上的行业标准EP13。本文旨在详细介绍EP13 Plus平台的开发，该平台具有与EP13相同的物理尺寸和占地面积，但能够处理更高的通电能力。下面的图1显示了优化变压器的设计。

图1：优化的变压器设计。随着系统效率变得越来越重要，输出功率需求不断增加，出现了两个限制因素使用行业标准EP13。首先是引脚尺寸和共面性。表面贴装变压器必须具有出色的共面性，以确保引线正确焊接到印刷电路板上，并避免焊料互连中的过热。然而，标准EP13平台最初是为低电流电信滤波器磁性开发的，因此引脚很小，并且几乎没有空间来终止更高电流的绕组。因此，标准EP13平台限制了可以在引脚上端接的导线的尺寸和数量，因此增加了变压器电阻，从而限制了通电功率。 Pulse Electronics的目标是创造更高效的变压器，同时保持与标准EP13相同的封装尺寸和占位面积。为了解决引脚尺寸造成的限制，如图2所示，Pulse的EP13 Plus平台采用了更大的引脚，绕组端接面积增加了两倍，导致绕组电阻降低了20％，从而提高了通电功率。

图2：终端优化。

现有EP13平台的第二个限制是磁芯区域横截面。对于给定的应用，并且以简化的术语，核心横截面规定了限制磁通密度所需的初级侧匝数，这是避免饱和或过多的磁芯损耗所必需的。横截面越小，所需的初级匝数越多。较高的初级匝数导致较高的绕组电阻（DCR）导致较高的I²R损耗。

Pulse Electronics使用有限元分析来分析标准EP13平台，发现非均匀的核心横截面未经优化。使用相同的有限元分析工具，Pulse创建了优化的EP13 Plus核心，可以在不增加整体平台尺寸的情况下增加横截面积。这一发展使得磁芯面积增加了45％，从而降低了初级绕组匝数，从而降低了绕组电阻和更高的通电能力。下图显示了核心区域的更优化。在图3中，顶部图片显示了标准EP13平台的通量密度的有限元分析。红色区域表示高磁通密度。从图中可以看出，标准平台的整个中心支腿具有非常高的通量密度，或者相反，剩余的核心区域未被充分利用。第二张图显示了EP13 Plus平台磁芯的磁通密度以及磁通密度的显着降低。均匀着色表明通量水平在整个核心中是恒定的，从而产生有效的三维核心利用率

图3：EP13Plus - 核心区域优化。

测试核心利用率是否得到改善的一种简单方法是在EP13标准和EP13 Plus平台之间进行比较测试，以确定哪个结构具有更高的饱和电流。该测试可以通过在每个平台上缠绕相同匝数来完成，设置每个芯上的气隙以产生相同的初级电感并使用相同的芯材料。通过保持这三个因素相同，影响饱和电流的唯一变量将是核心横截面积。图4中的图表显示，标准EP13为红色，饱和电流约为1.6 A.蓝线显示EP13 Plus的显着改善，将饱和电流推至2.7 A，结果为68％改进。

图4：EP13标准和EP13Plus。

Pulse Electronics基于EP13 Plus平台创建了12个目录变换器。图5中提供了这些选项中的每一个.PA3855.XXXNL系列提供六种反激式拓扑设计，具有33-57 V或9-57 V输入和输出，范围为3.3 V至24 V，功率高达36 W. PA3856.XXXNL系列提供六种有源钳位正向拓扑设计，具有33-57 V或9-57 V输入和输出，范围为3.3 V至24 V，功率水平高达72 W.定制设计是可能的，感兴趣的团体应该联系脉冲电子。

图5：Pulse Electronics EP13Plus - PA3855和PA3856。总之，Pulse Electronics使用有限元分析创建EP13 Plus变压器平台并发布了12个新目录变压器设计均基于行业标准EP13平台。新的EP13 plus平台允许核心横截面积增加45％，可用磁通饱和极限增加68％，通电功率增加25-35％，使其成为20-70的理想解决方案W电力变压器应用。